architecture atomique Flashcards
Les solides amorphes
Si un liquide pur est refroidi en dessous de sa température de fusion, il se solidifie.
La solidification se produit par la croissance de germes solides au sein du liquide
Lorsque les unités constituantes de certains liquides (polymères organiques, céramiques covalentes) sont volumineuses, le mouvement des atomes est nettement diminué par une baisse de température.
La viscosité augmente, les unités ne sont plus assez mobiles pour s’organiser en réseau cristallin
ð C’est le cas par exemple pour la Silice, structure du verre et le caoutchouc
Lessolidescristallins
cristal parfait
Le «cristal parfait» est un modèle utilisé pour représenter la structure de la matière cristalline.
Ce modèle considère qu’un cristal est un empilement ordonné et infini d’atomes, d’ions ou de molécules. Dans un cristal, les atomes sont assimilés à des sphères dures en contact les unes avec les autres.
Chaque atome a un environnement tout à fait identique à celui des autres => ordre à grande distance. Chaque atome occupe une position bien définie dans l’espace :
- par rapport à ses premiers voisins,
-par rapport aux autres atomes.
solide cristallins
reseau cristallins
Un réseau est un ensemble de points ou «nœuds» en trois dimensions (3D) qui présente la propriété suivante: lorsque l’on se translate dans l‘espace selon certains directions, on retrouve exactement le même environnement. Il y a donc une périodicité spatiale.
Le réseau cristallin se caractérise par :
Des vecteurs. Par définition : - Vecteur a suivant Ox
- Vecteur b suivant Oy
- Vecteur c suivant Oz
Des angles. Par définition :
- α est l’angle entre les vecteurs b et c - β est l’angle entre les vecteurs a et c - γ est l’angle entre les vecteurs a et b
def maille primitive
Le plus petit volume primaire que l’on peut définir et qui se reproduit à l’infini suivant les axes Ox, Oy et Oz.
Système cristallin :
Tout ce qui est cristallisé sur Terre se décrit selon 7 systèmes cristallins dont les mailles primitives ont : - 6 faces,
- 12 arêtes
- 8 sommets (nœuds).
triclinique
monoclinique
orthorhomboque
hexagonal
quadratique
cubique
rhomboèdre
triclinique
a/b/c a/b/y/pi/2
parallelepipede quelconque
monoclinique
a/b/c
a=y=pi/2
B/pi/2
prisme droit base parallelogramme
orthorhombique
a/b/v
a=b=y=pi/2
prisme droiy base rectangle
hexagonal
a=b/c
a=b=pi/2
y = 120°
prisme droit base losange
quadratique
a=b/c
a=b=y=pi/2
prisme droit base carré
cubique
a=b=c=
a=b=y=pi/2
cube
rhomboèdrique
a=b=c
a=b=y /pi/2
Réseaux de Bravais :
- au milieu de la maille : système centrée (C ou I)
- au centre des 6 faces : système face centrée (FC) - au centre de la base : système base centrée (BC)
14 réseaux de Bravais.
quelles reseau bravais
triclinique P
monoclinique P C
orthorhomboque P I F C
hexagonal P
quadratique P I
cubique P I F
rhomboèdre P
Notion de cristallographie
Les indices de Miller :
- direction [uvw] : droite partant de l’origine et passant par le point de coordonnées u, v et w. Toutes les directions parallèles ont les mêmes indices.
- plan (hkl) : les indices sont les inverses des intersections du plan avec les axes. Tous les plans parallèles ont les mêmes indices.
direction methode
1.Tracer dans la maille élémentaire un vecteur parallèle à la direction et passant par l’origine 2.Projeter ce vecteur sur les axes et donner ses coordonnées dans la base (a, b, c)
3.Ramener ces coordonnées à des valeurs entières, les plus petites possibles
4.Ecrire la direction de la façon suivante : [u v w]
plan methode
- Dessiner dans la maille élémentaire un plan ne passant pas par l’origine
- Trouver les coordonnées des points d’intersection du plan avec les 3 axes dans la base (a, b, c) 3. Prendre l’inverse de ces coordonnées
- Ramener ces coordonnées à des valeurs entières, les plus petites possibles
- Nommer le plan de la façon suivante : (h k l)
Surfaces
Les atomes en surface sont moins liés que ceux se trouvant dans la masse du corps considéré ce qui augmente l’énergie libre du matériau.
Le motif cristallin subit une discontinuité en surface, ce qui conduit à des variations d’énergie car l’énergie d’un atome dépend du nombre d’atomes qui l’entourent.
► Energie de surface :
. Différence d’énergie due au nombre de liaisons plus faible des atomes de surface par rapport aux atomes dans la masse.
Compacité
rapport du volume occupé par les atomes sur le volume total.
empilement compact
Il en est de même pour les atomes. Dans la première couche les atomes sont toujours le plus serrés possible mais pour la deuxième couche il existe plusieurs possibilités. Tout d’abord, pour avoir la meilleure compacité, il faut utiliser les creux et ne pas empiler sur les atomes de la première couche (A). Ensuite, en utilisant les creux nous pourrons n’en utiliser qu’un sur deux (B) ou (C), qui sont équivalents. Admettons avoir choisi l’empilement AB. Arrivé à la troisième couche, un nouveau choix se présente : superposer les atomes en utilisant les creux juste au- dessus de A ou en utilisant les autres à un autre endroit
2 types empilement compact
+ compacité mac
Il en résulte 2 types d’empilement :
-l’empilement ABABAB
C’est le cas de l’hexagonal compact (travaillé à partir de 3 mailles)
-l’empilement ABCABCABC
C’est le cas du cubique face centrée.
Dans les 2 cas compacité MAXIMALE : 0,74 –> A retenir.
Structures des métaux
Cubique centré
Pour démontrer qu’il s’agit d’un système cubique il faut : a=b=c et α=β= g=90°
Les paramètres sont :
Compacité : 0,68
Multiplicité (nombre d’atome par maille) : 2 Un cube a 8 sommets, chaque atome au sommet compte pour 1/8 (car partagé par 8 mailles) + l’atome central = 2
Position des atomes : 000 signifiant qu’ils sont au sommet dans un repère orthonormé.
Structures des métaux
B) Cubique face centrée
Compacité : 0,74 - empilement type ABCABC Multiplicité : 4 (8x 1/8 + 6x 1⁄2= 4)
Structures des métaux
C hexagonal compact
Compacité : 0,74 - empilement type ABABAB Le titane cristallise en HC.
Structures des métaux
Exemples
1) Les céramiques ioniques
Les céramiques ioniques essaient d’atteindre la compacité maximale via l’attraction des ions, tout en restant stables.
Ceci dépend de 2 facteurs :
- L’électroneutralité qui est liée au rapport entre cations et anions
-Le rapport entre le diamètre du cation et celui de l’anion
Le titane TiO2 :
Structures des métaux
Exemples
2) Les céramiques covalentes
Elles présentent une liaison covalente qui domine et ne sont pas des structures compactes. Exemple : Le diamant avec 0,34 de compacité
Elles peuvent être cristallisées ou amorphes (c’est le cas du verre). Leur structure en feuillets permet à l’eau de s’insérer et leur confère une bonne malléabilité.
Exemple : silicates, argile pour faire de la poterie.
